JP4481135B2 - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄型で軽量である半導体装置、及びその作製方法に関する。

近年、通信技術の進歩に伴って、携帯電話が普及している。今後は更に動画の伝送やより多くの情報伝達が予想される。一方、パーソナルコンピュータもその軽量化によって、モバイル対応の製品が生産されている。電子手帳に始まったＰＤＡと呼ばれる情報端末も多数生産され普及しつつある。また、表示装置の発展により、それらの携帯情報機器のほとんどにはフラットパネルディスプレイが装備されている。

このような表示装置では表示装置の周囲の明るさを検出し、その表示輝度を調整することが行なわれている。このように周囲の明るさを検出し、適度な表示輝度を得ることによって、無駄な電力を減らすことが可能である。例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータにそのような輝度調整用の光センサー装置が用いられている（例えば特許文献１）。

光センサの材料としては、おもに半導体を用いており、半導体の材料の代表例としてシリコンが挙げられる。シリコンを用いた光センサには、単結晶シリコン又はポリシリコンを用いるものとアモルファスシリコンを用いるものとがある。単結晶シリコンまたはポリシリコンを用いる光センサは、８００ｎｍ付近の赤外領域において感度が最も高く、１１００ｎｍ近傍まで感度を有してしまう。このため、赤外領域のスペクトラムをほとんど含まない白色蛍光灯と、紫外領域から赤外領域まで幅広いスペクトラムを有する太陽光とをセンシングした場合、実際の照度は同じでも各々の光の検知結果が異なる、という問題がある。

また、単結晶シリコンを用いる光センサは、配線基板などに実装するために、リードフレームを使用した樹脂封止パッケージや、回路パターンが形成された樹脂基板上にワイヤーボンディング法やフェイスダウン法によって単結晶シリコンを搭載したパッケージとして用いられている。

一方、アモルファスシリコンを用いる光センサは、赤外領域の光に対してほとんど感度がなく、可視光領域の波長の中央である５００〜６００ｎｍ近傍において感度が最も高く、人間の視感度に近似したセンシング特性を有する。このため、光センサとしては、アモルファスシリコンを用いたものが好ましい。

一方、透光性を有するプラスチック基板をガラス基板の代わりに用いることが望まれている。これは、プラスチック基板は、ガラス基板と比較して薄型であり、軽量であるため、これらを搭載した配線基板及びそれを用いた電子機器の薄型化及び小型化が図れるためである。また、可とう性を有するため曲面上に設置することができるためである。さらには、柔軟性を有するため耐衝撃性を有する素子を形成することが可能なためである。
特開２００３−６０７４４号公報

しかしながら、プラスチック基板は膜厚が薄いため、基板の側面に接続端子を形成することができず、一方の面、すなわち配線基板に面する面に接続端子が形成されている。配線基板と光センサとは、半田を介して一つの面でのみ固定されており、その接着面積が小さいことから、側面電極構造に比較して実装強度が弱いという問題点がある。

また、配線基板と光センサが接続されている領域は、光センサの基板の下方であるため、光センサの電極と電極端子（電極パット、接続端子とも示す。）の接合部を目視することが困難であり、これらが確実に接続しているかどうかの判断が困難である。

また、従来の有機樹脂部材又はプラスチック基板は、その材質によって耐熱性が低く、半田を用いたリフロー工程により、配線基板へ搭載することができないものがある。

さらには、単結晶シリコンを用いた光センサは、パッケージ構造であり、光センサとして機能する面積に対して、光センサ搭載用の配線領域（例えば、リードフレームや回路パターンが形成された領域）が大きい。このため、このようなパッケージ構造の光センサは、配線基板へ高集積することの阻害要因となっている。

以上のような問題を踏まえ、本発明では、絶縁性基板上形成される半導体装置、代表的には光センサ、太陽電池、又はＴＦＴを用いた回路において、配線基板への実装強度を向上させることが可能であり、且つ配線基板への高密度搭載が可能な構造の半導体装置及びその作製方法を提案する。

本発明の一は、絶縁性を有する基板上に半導体素子が形成された半導体装置であって、該半導体装置の側面には凹部が形成され、該凹部において、前記半導体素子と電気的に接続されている導電膜が形成されていることを特徴とする半導体装置である。

また、本発明の一は、絶縁性を有する基板上に形成された半導体素子と、半導体素子に接続する電極端子と、前記電極端子に接続する接続端子とを有し、前記絶縁性を有する基板及び前記半導体素子の側面には凹部が形成され、前記凹部において前記接続端子が前記絶縁性を有する基板及び前記半導体素子を覆っていることを特徴とする。

また、本発明の一は、凹部を側面に有する半導体装置であって、絶縁性を有する基板上に形成される半導体素子、半導体素子を覆う絶縁膜、及び半導体素子と電気的に接続される導電膜で形成され、導電膜は凹部に形成されており、且つ絶縁性を有する基板及び絶縁膜の側面を覆っていることを特徴とする半導体装置。

また、本発明の一は、凹部を側面に有する半導体装置であって、絶縁性を有する基板上に形成される半導体素子、半導体素子に接続される電極端子、半導体素子及び電極端子を覆う絶縁膜、並びに絶縁膜を介して電極端子に接続する接続端子を有し、接続端子が、凹部において絶縁性を有する基板、半導体素子、及び絶縁膜の側面に接していることを特徴とする。

なお、導電膜は半導体素子を覆う絶縁膜の側面及び該側面に隣接する面上に形成されている。

また、本発明において、絶縁性を有する基板の面積と半導体素子が形成される面積とが概略一致している。

絶縁性を有する基板としては、実装基板への搭載処理に耐えうる耐熱性を有するものが好ましい。さらに望ましくは、ガラス転移温度が２６０度以上のものが好ましい。また、透光性を有する基板が好ましい。代表例としては、プラスチック基板、ガラス基板、又は有機樹脂で形成される基板が挙げられる。

前記導電膜は、接続端子である。接続端子は、半導体装置を搭載するための基板、例えば配線基板に形成される電極パットと、半導体装置の半導体素子とを電気的に接続するためのものである。接続端子と、配線基板上の電極パットとは、導電性ペースト、異方性導電接着剤、異方性導電膜等で電気的に接続され、かつ、固定される。

また、前記凹部は、半円筒状又は角柱状であり、曲面又は平面を有する。更には、凹部は曲面と平面とを有する形状でもよい。

また、半導体素子は、半導体薄膜で活性領域が形成されている素子であり、 代表的には、ダイオード、ＴＦＴ、容量素子等があげられる。また、半導体薄 膜は無機材料又は有機材料で形成される。

無機材料で形成される半導体膜の代表例としては、シリコン膜、ガリウム膜 、ガリウムが添加されたシリコン膜、炭化シリコン膜等を用いることができる 。また、有機材料で形成される半導体膜の代表例としては、共役ポリマーで代 表されるポリマーないしはオリゴマー、例えば、ポリフェニレンビニレン誘導 体、ポリフルオレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体お よびこれらの共重合体、オリゴフェニレン、オリゴチオフェン、が挙げられる 。また、低分子物質では、例えば、ペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニ ン、フッ素置換フタロシアニン、ペリレン誘導体等が挙げられる。

本発明において、半導体装置が、光センサ、光電変換装置、太陽電池の場合 、半導体膜は、シリコンを有する膜で形成されている。シリコンを有する半導 体膜の代表例としては、シリコン膜、シリコンゲルマニウム膜、炭化シリコン 膜、又はこれらのＰＮ接合膜、ＰＩＮ接合膜が挙げられる。なお、ＰＩＮ接合 膜のＩ層は、アモルファスシリコン層で形成されていることが好ましい。

また、前記受光部には、受光部で受光した光の検出量を増幅するための増幅 回路又は増幅素子が設けられていてもよい。増幅回路の代表例としては、ＴＦ Ｔで形成されたカレントミラー回路が挙げられ、増幅素子の代表例としてはオ ペアンプがあげられる。

また、本発明の半導体装置は、光センサ、光電変換装置、太陽電池、ＴＦＴ 、容量素子等を用いて形成した集積回路等が挙げられる。また、ＴＦＴを用い て形成された集積回路としては、メモリ、ＣＰＵ等の機能回路等があげられる 。

また、本発明は、絶縁性を有する基板上に半導体素子が形成された半導体装 置の作製方法であって、絶縁性を有する基板上に複数の半導体素子を形成した 後、基板の所望の領域に開口部を形成し、該開口部に前記半導体素子と電気的 に接続する導電膜を形成し、この後、半導体素子を切り出してチップ状の半導 体装置を形成することを特徴とする。

該開口部の形成方法としては、レーザ光照射、エッチング法、金型を用いて プレスする方法等が挙げられる。

本発明の半導体装置は、絶縁性を有する基板側面に凹部を有しており、この 領域において、接続端子を形成することができる。即ち、側面電極を有する半 導体装置を形成することができる。このため、配線基板との接合面積が増加し 、実装強度を高めることができると共に、接合の様子を目視・確認することが できる。このため、プロセス上の信頼性を高めることが可能である。また、接 続端子の形成方法が、開口部の形成及び導電膜の形成のみでよく、基板ごとに 接続端子を形成することができる。このため、一つの基板で複数の半導体装置 を形成することが可能であり、接続端子の形成工程におけるスループットが向 上するため、量産することが可能である。さらには、基板上に半導体素子を形 成しており、基板の面積と半導体素子として機能する実効領域とがほぼ等しい ため、配線基板等に多数の半導体装置を高集積化することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本 発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその 範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者 であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定 して解釈されるものではない。以下、半導体装置の代表例として光センサを用 いて説明するが、これに限られるものではなく、光電変換素子、太陽電池、Ｔ ＦＴを用いて形成した集積回路等に適応してもよい。また、絶縁性を有する基 板としてプラスチック基板を用いるが、これに限定されるものではなく、ガラ ス基板、有機樹脂で形成される基板等を適応することができる。

（第１実施形態）
本実施形態では、プラスチック基板に形成され、側面に凹部を有する光セン サについて、図１を用いて説明する。

図１（Ａ）は、本発明の光センサ１００の斜視図である。プラスチック基板 １０１上には、半導体素子１０２が形成されているまた、光センサ１００の側 面は凹形状をしており、この領域に接続端子１０３ａ、１０３ｂとなる導電膜 が形成されている。

半導体素子１０２は、半導体膜、このましくは半導体薄膜を用いて形成することで、基板上に半導体素子を一体形成することが可能であり、半導体装置の小型化及び薄膜化が可能である。

本実施形態において、光センサの側面の凹形状は、曲面を有している。なお、凹部の形状は、平面を有しても良い。即ち、凹形状は、曲面を有する半円筒状、又は平面を有する角柱状である。

更には、凹部は、曲面及び平面を有する形状であっても良い。

次に、図１（Ｂ）に図１（Ａ）の（イ）−（イ’）の断面図を示す。プラスチック基板１０１上には、半導体素子１０２が形成され、半導体素子は、第１の電極１１１、受光部１１２、第２の電極１１３で構成されている。また、第１の電極には、第１の電極端子１１４が接続され、第２の電極には、第２の電極端子１１５が接続されている。また、第１の電極端子１１４と第２の電極端子１１５は、層間絶縁膜１１６を介しており電気的に絶縁されている。また、第１の電極端子１１４には、第１の接続端子１０３ａが接続されており、第２の電極端子１１５には第２の接続端子１０３ｂが接続されている。第１の接続端子及び第２の接続端子は、配線基板上の電極パットと接続するための端子である。

プラスチック基板としては、配線基板に搭載する工程に耐える耐熱性を有するもの、代表例としては、ガラス転移温度が２６０度以上のものが好ましい。さらに代表的なものとしては、直径数ｎｍの無機粒子が分散された有機材料で形成されているものが挙げられる。

なお、配線基板に搭載する工程の代表例としては、半田等の導電性接着剤を用いたリフロー法や、異方性導電接着剤を用いた圧着法等がある。圧着法では、異方性導電接着剤又は異方性導電膜を用いて配線基板に搭載するため、耐熱性の低いプラスチック基板を用いることができる。

また、プラスチック基板としては、接合面積を増大させる点からある程度厚さを有するものが好ましい。代表的には、厚さ１００〜１０００μｍ、好ましくは２０〜５００μｍの板状のプラスチック基板が好ましい。

プラスチック基板の代表例としては、ポリカーボネイト（ＰＣ）、極性基のついたノルボルネン樹脂からなるＡＲＴＯＮ：ＪＳＲ製、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、直径数ｎｍの無機粒子が分散された有機材料で形成される新日鐵化学株式会社製のＨＴ基板などが挙げられる。

プラスチック基板１０１側から光が入射する場合は、第１の電極を、シリコンで形成される半導体層とオーム接触が可能であり、且つ透光性を有する導電膜を用いる。代表的には、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化珪素を含む酸化インジウムスズ等）を用いることができる。また、第２の電極としては、シリコンで形成される半導体層とオーム接触が可能な金属膜で形成する。この代表例としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）から選ばれた一元素、又は該元素を５０％以上含む合金材料で形成されている。一方、層間絶縁膜側から光が入射する場合、第１の電極に、シリコンで形成される半導体層とオーム接触が可能な金属膜を用い、第２の電極にシリコン半導体層とオーム接触が可能であり、且つ透光性を有する導電膜を用いる。

受光部１１２としては、シリコンを有する半導体層で形成することができる。この代表例としては、シリコン層、シリコンゲルマニウム層、炭化シリコン層、又はこれらのＰＮ接合層、ＰＩＮ接合層が挙げられる。本実施形態では、ＰＩＮ接合のアモルファスシリコンで受光部１１２が形成されている。

第１の電極端子１１４及び第２の電極端子１１５は取り出し電極であり、第１の電極及び第２の電極をそれぞれ配線基板上の電極パットと電気的に接続するための端子である。このため、第１の電極、第２の電極、及び配線を接続するための媒体、代表例として、銀、金、銅、白金、パラジウム、スズ、又は亜鉛の一つ又は複数を含む導電性ペースト、もしくは半田ペースト等と接続することが可能な材料で形成する。代表的には、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、又は金（Ａｕ）、さらに好ましくは、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、又は金（Ａｕ）から選ばれた一元素、又は該元素を５０％以上含む合金材料が挙げられる。なお、第１の電極端子及び第２の電極端子は、単層構造でもよく、多層構造でもよい。

第１の接続端子１０３ａ、第２の接続端子１０３ｂは、基板の側面の凹状の部分及び光センサ表面の一部に形成されている。また、接続端子は、各電極端子とそれぞれ接続している。接続端子は、銀、金、銅、白金、パラジウム、スズ、又は亜鉛、の一つ又は複数を含む導電性ペースト、もしくは半田ペーストと接着が可能な材料で形成することができる。代表的には、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、又は金（Ａｕ）、さらに好ましくは、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、又は金（Ａｕ）から選ばれた一元素、又は該元素を５０％以上含む合金材料が挙げられる。これらの金属は必ずしも単一組成である必要はなく、それを主成分とする合金組成であっても良い。ただし、この合金とは少なくとも主金属成分を５０％以上含むものを示す。なお、第１の電極端子及び第２の電極端子は、単層構造でもよく、多層構造でもよい。

層間絶縁膜１１６は、各電極１１１、１１３、半導体素子１０２、を封止して劣化を抑制すると共に、取り出し電極である電極端子を電気的に絶縁するために形成されている。層間絶縁膜は、アクリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン等の有機樹脂、又は酸化ケイ素膜、窒化酸化ケイ素膜、酸化窒化珪素膜等の無機材料で形成される膜で形成することができる。

なお、接続端子が形成される光センサの側面は、導電膜を形成する面が傾斜を有することが好ましい。この時の構造を図９に示す。図９（Ａ）は、光センサ１２０の斜視図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の（ホ）−（ホ’）の断面図である。層間絶縁膜１２５及び基板１２１の側面は傾斜を有しており、この上に接続端子１２３ａ、１２３ｂが形成されている。この構造では、導電膜を蒸着法又はスパッタリング法等の気相で形成する場合、導電膜の被覆率が高まり、段切れを防止することができる。なお、側面の形状はこれに限られるものではなく、階段状、外側に凸の曲面を有しても良い。

また、光センサの半導体素子の構造は図１（Ｂ）に示される断面図だけではなく、他の構造をとることも可能である。図１１に異なる半導体素子構造を有する光センサの断面図を示す。

図１１（Ａ）は、光センサの断面図の一例である。受光部１１２、受光部と接する第１の電極端子１１４、第２の電極１１３、第２の電極に接続する電極端子１１５、及び電極端子に接続する接続端子１０３ａ、１０３ｂで形成されるセンサである。図１（Ｂ）の光センサと異なり、第１の電極を有しない。このため、第１の電極端子１１４が受光部１１２と接する面積を増加させてデバイスの信頼性を高めるため、接続部（コンタクト部）の数が多いほうが好ましい。この構造では、第１の電極がないため、プロセス数を削減することが可能であると共に、基板１０１から透過する光の透過率が高めることが可能であるという効果がある。

図１１（Ｂ）は、光センサの断面の一例である。受光部１３２、受光部と接する第１の電極端子１１４、第２の電極１１３、第２の電極に接続する電極端子１１５、及び電極端子に接続する接続端子１０３ａ、１０３ｂで形成されるセンサである。図１１（Ａ）の光センサと異なり、受光層１３２がパターニングされず、基板１０１上全面に形成されている。このため、マスクを用いずとも受光層を形成することが可能であり、マスクの位置制御を行う必要がない。このため、歩留まりを向上させることができる。

本発明により、絶縁性を有する基板上に半導体装置を形成することができる。本発明の半導体装置は側面に凹部を有しており、この領域において、接続端子を形成することができる。接続端子及び電極端子で、配線基板上の電極パットと接続するため、配線基板への接続面積が増加し、実装強度を高めることができると共に、接合の様子を目視し、確認することができる。このため、プロセス上の信頼性を高めることが可能である。

（第２実施形態）
ここでは、受光部で検出した電流を増幅する回路を有する光センサについて図２を用いて説明する。なお、ここでは、増幅回路を構成する素子として薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と示す。）を用いたものを示すが、これに限定されるものではなく、演算増幅器（オペアンプ）等を用いることができる。

図２（Ａ）は、本実施形態の光センサの斜視図である。第１実施形態と同様、プラスチック基板１０１の表面には、半導体素子２０２が形成されている。半導体素子は、第１実施形態で示されるような構造のダイオード及びＴＦＴを適宜適応することができる。また、光センサ２００の側面は凹部を有しており、この領域に接続端子１０３ａ、１０３ｂとなる導電膜が形成されている。なお、光センサ側面の凹部の形状は、第１実施形態に示される形状を適宜適応することができる。

図２（Ｂ）に、図２（Ａ）の（ロ）−（ロ’）の断面図を示す。プラスチック基板１０１上には、第１の絶縁膜２１１が形成され、その上にＴＦＴ２１２が形成されている。ＴＦＴは、チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域を有する半導体領域２１３、ゲート電極２１４、ソース領域に接続するソース電極２１５、ドレイン領域に接続するドレイン電極２１６で形成されている。また、ＴＦＴにおいて、チャネル形成領域、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極は、複数の第１の層間絶縁膜２１７で絶縁されている。本実施形態では、ＴＦＴ２１２としてｎチャネル型ＴＦＴを用いる。また、図２（Ｂ）においては、一つのＴＦＴしか示していないが、複数のＴＦＴを設けることが可能である。

ＴＦＴ２１２の半導体領域は、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜、又は微結晶半導体膜で形成することができる。非晶質半導体膜は、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法を用いて形成することができる。また、結晶性半導体膜は、上記の方法で形成した後、レーザ結晶化法、熱結晶化法、特開平８−７８３２９号公報に記載の結晶化方法によって形成することができる。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶構造を有する半導体膜を形成するものである。なお、この処理においては、結晶化後金属元素を除去することが好ましい。

微結晶半導体膜とは、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいる。少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶粒を含んでいる。

微結晶半導体膜は、珪化物気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪化物気体としては、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＦ₄などを用いる。また、この珪化物気体をＨ₂、又は、Ｈ₂とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈しても良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲であることが好ましい。このときの、圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲であり、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚとする。基板加熱温度は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃である。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０²⁰／ｃｍ³以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０¹⁹／ｃｍ³以下、好ましくは１×１０¹⁹／ｃｍ³以下とする。

第１の層間絶縁膜２１７上に、第１の電極１１１、受光部１１２、及び第２の電極１１３が順次積層されている。これらの構造及び材料は、第１実施形態に記載のものを適宜採用することができる。

ここで、層間絶縁膜２１７上に形成された受光層の第１の電極及び配線の接続について図１０を用いて説明する。

図１０（Ａ）は、配線１３０１、それに接続する第１の電極１３０２、第１の電極上に形成される受光部１３０３、受光部上に形成される第２の電極１３０４を示している。この構造では、受光部の一方の面全面が第１の電極１３０２と接している。この構造では、層間絶縁膜２１７と第１の電極との密着性が高まるため、受光層と層間絶縁膜との膜剥がれを防止することができる。

図１０（Ｂ）は、配線１３１１、配線の一部を覆う受光部１３１３、第２の電極１３１４である。この構造では、配線１３１１が図１０（Ａ）の第１の電極１３０２の機能も果たす。この構造では、第１の電極がないため、プロセス数を削減することが可能であると共に、層間絶縁膜２１７から透過する光の透過率が高まるという効果がある。

図１０（Ｃ）は、配線１３２１、配線に接続する第１の電極１３２２、第１の電極及び層間絶縁膜２１７の一部を覆う受光部１３２３、第２の電極１３２４である。この構造では、第１の電極の面積が小さく、受光部の一部は層間絶縁膜２１７と接している。このため、層間絶縁膜２１７から透過する光の透過率が高まるという効果がある。

次に、図２（Ｂ）に示すように、ＴＦＴ２１２のソース電極には、第１の電極端子１１４が接続され、第２の電極１１３には、第２の電極端子１１５が接続されている。また、第１の電極端子１１４には、第１の接続端子１０３ａが接続されており、第２の電極端子１１５には第２の接続端子１０３ｂが接続されている。第１の接続端子及び第２の接続端子は、配線基板上の配線と接続するための端子である。これらの材料に関しては、第１実施形態と同様のものを用いることができる。

なお、本実施形態では、ＴＦＴとしてトップゲート型ＴＦＴを用いて示したが、これに限られるものではなく、ボトムゲート型ＴＦＴ、逆スタガ型ＴＦＴ等を用いることもできる。

本発明により、絶縁性を有する基板上に半導体装置を形成することができる。本実施形態の半導体装置は、増幅回路を有する光センサである。このため、微弱な光をも検出することが可能である。また、光センサの受光面積が小さくとも、高出力である。また、光センサ側面に凹部を有しており、この領域において、接続端子を形成することができるため、配線基板への接続面積が増加し、実装強度を高めることができると共に、接合の様子を目視し、確認することができる。このため、プロセス上の信頼性を高めることが可能である。

（第３実施形態）
次に、第２実施形態における光センサの駆動回路の一例を図３を用いて示す。本実施形態では、光センサは増幅回路としてカレントミレラー回路を用いている。

ここでは、２つのトランジスタが接続されており、その一方に受光部であるダイオードが接続されている。ダイオード３０１に接続されているＴＦＴを第１のＴＦＴ３０２とし、第１のＴＦＴと並列に接続されているＴＦＴを第２のＴＦＴ３０３とする。第１のＴＦＴ３０２と第２のＴＦＴ３０３とは、ゲート電極及びソース配線がそれぞれ接続されている。また、第１のＴＦＴ３０２のドレインとダイオード３０１のカソードとが接続されており、ダイオード３０１のアノードと第２のＴＦＴ３０３のドレインが接続されている。第１のＴＦＴと第２のＴＦＴのソースはＶ_SS３０４に接続されている。また、ダイオードのアノードと第２のＴＦＴのドレインは、出力端子であるＶ_DD３０５に接続されており、ここで流れる電流値によって、光の輝度を検出することが可能である。

ダイオード３０１に光が入射されると、ダイオード３０１のアノードからカソードに光電流が流れる。これによって、第１のＴＦＴ３０２のソース・ドレイン間に電流Ｉ₁が流れる。第１のＴＦＴ３０２のドレインとゲート電極とが接続されているため、第１のＴＦＴ３０２の両端に電圧Ｖ₁が発生する。第２のＴＦＴ３０３のソース・ドレイン間には、電圧Ｖ₂が発生する。第１のＴＦＴ３０２と第２のＴＦＴ３０３のソース及びゲートはそれぞれ接続されており、また第１のＴＦＴ３０２及び第２のＴＦＴ３０３が線形領域で駆動する場合、電圧Ｖ₁及び電圧Ｖ₂における電流はＩ₁と近似できる。このため、第２のＴＦＴ３０３のソース・ドレイン間にも電流Ｉ₁が流れる。この２つのＴＦＴは、並列に接続されているため２Ｉ₁の電流が出力端子３０５で流れる。

第１のＴＦＴ３０２は、ダイオード３０１に光が照射されたときに生じる電流を電圧に変換するものであり、第２のＴＦＴ３０３は第１のＴＦＴ３０２を介してダイオード３０１で生じた電流を増幅するためのものである。なお、増幅用のＴＦＴを複数並列に接続することによって、ダイオードで生じた電流をさらに増幅することができる。すなわち、第１のＴＦＴ３０２に対してｎ個の増幅用のＴＦＴが並列に接続されている場合、ダイオード３０１で生じた電流の（１＋ｎ）倍の電流が出力端子３０５で流れることになる。

また、電流源であるダイオードで生じた電流を増幅するためには、第２のＴＦＴのＷ／Ｌ比を大きくすることでも可能である。具体的には、第２のＴＦＴのチャネル幅（Ｗ）を大きくする、またはチャネル長（Ｌ）を小さくすることで、第２のＴＦＴに流れる電流が増大するため、電流源で生じた電流を増幅させて検出することが可能である。

なお、本実施形態では、カレントミラー回路を用いた光センサを示したがこれに限られるものではない。例えばカレントミラー回路の代わりに、オペアンプ等を用いることもできる。

本発明により、絶縁性を有する基板上に半導体装置を形成することができる。本実施形態の半導体装置は、接続端子は二端子であるため、ピンが少なく、実装面積を縮小できる。また、増幅回路を有するため、微弱な光をも検出することが可能である。また、光センサの受光面積が小さくとも、高出力である。また、光センサ側面に凹部を有しており、この領域において、接続端子を形成することができるため、配線基板への接続面積が増加し、実装強度を高めることができると共に、接合の様子を目視し、確認することができる。このため、プロセス上の信頼性を高めることが可能である。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態乃至第３実施形態で示される光センサの作製工程を、図４を用いて示す。

図４（Ａ）に示すように、公知の手法によりプラスチック基板４０１上に半導体素子４０２（受光部（図示せず）、電極４０３ａ、及び電極端子４０４ｂ、４０４ｃ）を形成する。なお、可とう性があるプラスチック基板の場合は、Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌ式プラズマＣＶＤ装置を用いて、基板上に半導体素子を形成することができる。この装置を用いることで、大量生産が可能であるため、光センサの低価格化が可能である。

次に、図４（Ｂ）に示すように、レーザ光を照射してプラスチック基板の所定の領域にレーザ光を照射して基板に開口部４１１を形成する。開口部の位置は、各センサ素子の構造によって異なるが、接続端子を設ける領域に形成すれば良い。本実施形態では、半導体素子の両脇に一対の開口部を形成する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、開口部４１１に導電膜４２１を成膜する。成膜方法としては、マスクを用いたスパッタリング法、蒸着法、又はＣＶＤ法、若しくは電解めっき法等を用いることができる。次に、プラスチック基板にレーザ光を照射してプラスチック基板に溝を形成して図４（Ｄ）に示すような光センサ４３１を形成する。光センサ４３１の側面の凹部には接続端子４３２が形成されている。

以上の工程により、絶縁性を有する基板上に半導体装置を形成することができる。本発明の半導体装置は、側面に凹部を有しており、この領域において、接続端子を形成することができるため、配線基板への搭載面積が増加し、実装強度を高めることができると共に、接合の様子を目視することができる。このため、プロセス上の信頼性を高めることが可能である。また、基板上に直接半導体素子を作りこむため、基板上に半導体素子を搭載する工程を省くことができるため、コストダウンと共に、歩留まり高く、配線基板への高密度搭載が可能な半導体装置を作製することができる。また、接続端子の形成方法が、開口部の形成及び導電膜の形成のみでよく、基板ごとに接続端子を形成することができる。このため、接続端子の形成工程におけるスループットが向上するため、量産することが可能である。

（第５実施形態）
本実施形態では、第１実施形態乃至第４実施形態で形成された光センサを配線基板へ搭載する方法について図５を用いて説明する。

図５（Ａ）は、配線基板１１０１に光センサを搭載したとき上面図を示す。光センサ１００には、半導体素子１０２、及び接続端子１０３ａ、１０３ｂが形成されている。光センサは、導電性ペースト１１０２、１１０３等で配線基板１１０１に搭載されている。本実施形態では、半導体素子１０２が、配線基板１１０１に面した状態で配線基板に搭載されている。

図５（Ｂ）に、図５（Ａ）の（ハ）−（ハ’）の断面構造を示す。

プラスチック基板１０１上に半導体素子１０２が形成されている。半導体素子は、第１の電極、受光部、及び第２の電極を有しており、第１の電極及び第２の電極それぞれに接続される電極端子１１３、１１４は、センサの側面に形成される接続端子１０３ａ、１０３ｂとそれぞれ接続している。接続端子１０３ａ、１０３ｂは、それぞれ導電性ペースト１１０２、１１０３を介して、配線基板１１０１上の電極パット１１０４、１１０５と接続している。

導電性ペーストとしては、実施形態１に示されたものを適宜用いることができる。本実施形態では、銀を有する導電性ペーストを用いる。

本実施形態では、リフロー工程により、配線基板に光センサを実装する。具体的には、電極パット上に導電性ペーストをスクリーン印刷やディスペンサーにより所定の場所に塗布し、その上に光センサをマウンタにより装着する。その後、２５０〜３５０度に加熱して、導電性ペーストを加熱溶融し、光センサの電極端子及び接続端子と、配線基板上の電極パットとを、電気的、機械的に接続する。

加熱方法としては、赤外線加熱、ベーパフェーズソルダリング、熱風加熱、ホットプレート上での加熱、レーザ光照射による加熱などが挙げられる。

また、導電性ペーストを用いたリフロー工程による実装方法の代わりに、異方性導電接着剤、又は異方性導電膜を用い、局所的な圧着により配線基板に光センサを搭載しても良い。

さらには、本実施形態においては、光センサの側面に接続端子が形成されているため、配線基板とプラスチック基板とを面した状態で実装することも可能である。

本発明により、搭載処理における熱処理に対して耐熱性を有するプラスチック基板上に半導体装置を形成することができる。本発明の光センサは、基板側面に凹部を有しており、この領域において、接続端子を形成することができる。接続端子及び電極端子で、配線基板上の電極パットと接続するため、配線基板への接続面積が増加し、実装強度を高めることができると共に、接合の様子を目視し、確認することができる。このため、プロセス上の信頼性を高めることが可能である。

本発明の実施例を図６乃至図８を用いて説明する。図６乃至図８の（Ａ）及び（Ｃ）は基板の上面図であり、図６乃至図８の（Ｂ）及び（Ｄ）はそれらにおける（ニ）−（ニ’）領域の断面図である。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、プラスチック基板６０１上にプラズマＣＶＤ装置にて半導体膜を形成する。ここでは、半導体膜としては、Ｐ、Ｉ、Ｎ各導電型を有するシリコン半導体膜６０２の成膜を行う。ここで、受光部であるＩ層は非晶質相とし、Ｐ、Ｎの相状態は問わない。Ｉ層の膜厚は目的とする素子の照度範囲に合わせ、１００〜１０００ｎｍとする。本実施例では、プラスチック基板として、新日鐵化学株式会社製のＨＴ基板を用い、この上に８００ｎｍのシリコン半導体膜を成膜する。なお、プラスチックの膜厚は、２００〜５００μｍである。

次に、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示すように、成膜した半導体膜の下層部であるｐ型シリコン膜と次工程で成膜される金属電極の接合を行う為に、レーザスクライブ工程にてコンタクトホール６０３を所定の位置に点状に形成する。この工程は、ｐ層をコンタクトホールの底に残す形状でスクライブすることが好ましいが、レーザでは深さ方向の制御は困難であり、プロセスマージン確保のためプラスチック基板の表面まで貫通させてもよい。このため、実際のコンタクト部分はコンタクトホールの壁面に露出するｐ層膜厚分の僅かな領域であり、独立したホールを多数形成することでコンタクト面積を増やすことができる。また、集光光学系を用いることにより、レーザビームの焦点制御を可能とすれば、故意にデフォーカスすることによりビーム中央と端のエネルギー密度を緩やかな傾斜をもって連続的に変化させることができる。この状態でレーザスクライブを行うとスクライブ部分の壁面にテーパーが生じ、より多くのコンタクト面積を広くすることことができる。本実施例では、レーザには波長１．０６μｍ、ビーム径φ６０μｍのＹＡＧレーザを用い、発振周波数１ｋＨｚでビームが重ならない速度で走査する。

次に、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、第１の電極６０４、及び第２の電極６０５を形成する。第１の電極及び第２の電極としては、単層もしくは積層の金属導電膜を成膜する。成膜手段はスパッタリング法、蒸着法、又はメッキ法、若しくは、これらの手段を併用する。スパッタリングや蒸着法の気相法を用いる場合は、メタルマスクを用いることで容易に所望の電極形状を得ることができる。メタルマスクには、一つの素子に対し二つの開口部が形成されており、両極の電極を同時に形成する。スパッタリング装置には、メタルマスク、プラスチック基板、板状マグネットの順で重ね合わせた状態で設置し、メタルマスクとプラスチック基板を完全に密着させて成膜の周り込みによる電極面積の不均一化を防止する。メッキ法を用いる場合は、予め金属電極が不要な領域にスクリーン印刷にて樹脂をマスキングしておけば第１の電極及び第２の電極形成後にリフトオフ法で所望の電極形状を得ることができる。以上の条件下で膜厚０．５〜１００μｍの第１の電極及び第２の電極６０４、６０５の形成を行う。

本実施例では、Ｎｉ金属をスパッタリング法にてメタルマスクを用いて成膜する。メタルマスクは厚さ０．１ｍｍのＮｉ製で、スパッタリング装置には、メタルマスクとプラスチック基板とを板状マグネットを用いて密着させる状態で設置する。スパッタリングには純度９９．９９％の６インチφＮｉターゲットを用い、１．０ＰａのＡｒ雰囲気下でＲＦ出力１．０ｋＷの放電にて１．５μｍのニッケルで形成される膜の成膜を行う。

次に、図７（Ｃ）、及び図７（Ｄ）に示すように、第１の電極６０４、及び第２の電極６０５それぞれの一部を露出して開口した絶縁膜６０６を形成する。形成方法は、スクリーン印刷で形成する。この時の絶縁膜６０６の膜厚は１．６μｍとする。また、この方法に代えて、ＣＶＤ法または塗布法で基板全面に絶縁膜を形成した後、一部をエッチングして各電極を露出したコンタクトホールを形成しても良い。このコンタクトホールを対称的に開口することにより、配線基板に光センサを搭載するとき、光センサが傾くのを防止することができる。

次に、金属電極の一部を露出したコンタクトホールに、取り出し電極である電極端子６０７、６０８を形成する。電極端子は、銀、金、銅、白金、ニッケル等の金属元素を有する導電膜で形成することができる。本実施例では、１．３５×１．８ｍｍ²の取り出し電極を形成する。本実施例では、マスクを用いたスパッタリング法により、チタン／ニッケル／金の積層構造の導電膜を、電極端子６０７、６０８の一部に重複するように形成する。

次に、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、開口部６０９を形成する。開口部は、レーザ光の照射により光センサとなる領域の両側、すなわち２つの金属電極の外側において形成する。形成方法は、レーザ光の照射等を用いて絶縁膜６０６からプラスチック基板６０１の表面まで貫通した開口部を形成する。本実施例では、コンタクトホール形成時に用いたレーザ照射条件と同様の条件によって、センサ素子の短軸両脇に開口部を形成する。

次に図８（Ｃ）及び図８（Ｄ）に示すように、開口部６０９表面に、後に接続端子となる導電膜６１０、６１１を形成する。導電膜は、第１の電極および第２の電極と同様の手法により形成することができる。本実施例においては、ニッケル導電膜を、メタルマスクを用いたスパッタリング法により形成する。なお、接続端子６１０、６１１は電極端子を一部覆って形成されている。

次に、レーザスクライブ工程により、光センサを切り出しする。本実施例では、開口部か形成されている領域（軸Ａ）、及びそれに直角で、かつセンサ素子が形成されていない領域（軸Ｂ）にレーザ光を照射して光センサを切り出しする。

以上の工程により、光センサを形成することができる。

本実施例により、絶縁性を有する基板上に光センサを形成することができる。光センサの側面には凹部が形成されており、この領域において、接続端子を形成ができるため、配線基板への接続面積が増加し、実装強度を高めることができると共に、接合の様子を目視することができる。このため、プロセス上の信頼性を高めることが可能である。また、接続端子の形成方法が、開口部の形成及び導電膜の形成のみでよく、基板ごとに接続端子を形成することができる。このため、接続端子の形成工程におけるスループットが向上するため、量産することが可能である。

本発明を実施して得た半導体装置を組み込むことによって、様々な電子機器を作製することができる。電子機器としては、携帯電話、ノートパソコン、ゲーム機、カーナビゲーション、携帯オーディオ機器、ハンディＡＶ機器、デジタルカメラ、フィルムカメラ、インスタントカメラ、室内用エアコン、カーエアコン、換気・空調設備、電気ポット、ＣＲＴ式プロジェクションＴＶ、照明機器、照明設備などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を以下に示す。

本発明の光センサを、ディスプレイ輝度、バックライト照度の最適調整及びバッテリーセーブ用のセンサとして、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ、ゲーム機、カーナビゲーション、携帯オーディオ機器などに用いることができる。また、太陽電池をバッテリーとしてこれらの電子機器に設けることができる。これらの半導体装置は、小型であり、高集積することが可能であるため、電子機器の小型化を図ることが可能である。

また、本発明の光センサを、バックライト用ＬＥＤや冷陰極管のＯＮ／ＯＦＦ制御、又はバッテリーセーブ用のセンサとして、携帯電話キースイッチ、ハンディＡＶ機器に搭載することができる。センサを搭載することにより、明るい環境ではスイッチをＯＦＦにして、長時間ボタン操作によるバッテリー消耗を軽減することが可能である。本発明の半導体装置は、小型であり、高集積することが可能であるため、電子機器の小型化、及び省消費電力化を図ることが可能である。

また、本発明の光センサを、フラッシュ調光、絞り制御用センサとしてデジタルカメラ、フィルムカメラ、インスタントカメラに搭載することが可能である。また、太陽電池をバッテリーとしてこれらの電子機器に設けることができる。これらの半導体装置は、小型であり、高集積することが可能であるため、電子機器の小型化を図ることが可能である。

また、本発明の光センサを、風量、温度制御用のセンサとして、室内用エアコン、カーエアコン、換気・空調設備に搭載することが可能である。本発明の半導体装置は、小型であり、高集積することが可能であるため、電子機器の小型化を図ることが可能である。省電力化を図ることが可能である。

また、本発明の光センサを、保温温度制御用のセンサとして電気ポットに搭載することが可能である。本発明の光センサにより、室内消灯後は、保温温度を低く設定することが可能である。また、小型かつ薄型であるため、任意の場所に搭載することが可能であり、この結果省電力化をはかることが可能である。

また、本発明の光センサを、走査線位置調整用（ＲＧＢ走査線の位置あわせ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｔｏ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）センサとして、ＣＲＴ式プロジェクションＴＶのディスプレイに搭載することが可能である。本発明の半導体装置は、小型であり、高集積することが可能であるため、電子機器の小型化を図ることが可能であり、かつ任意の領域にセンサを搭載することが可能である。また、ＣＲＴ式プロジェクションＴＶの高速自動制御が可能となる。

また、本発明の光センサを、各種照明機器、照明設備のＯＮ／ＯＦＦ制御用センサとして、家庭用各種照明器具、屋外灯、街路灯、無人公共設備、競技場、自動車、電卓等に用いることができる。本発明のセンサにより、省電力化が可能である。また、本発明を適応した太陽電池をバッテリーとしてこれらの電子機器に設けることを設けることで、バッテリーの大きさを薄型化することが可能となり、電子機器の小型化を図ることが可能である。

本発明の半導体装置の斜視及び断面を説明する図。 本発明の半導体装置の斜視及び断面を説明する図。 本発明の半導体装置の駆動回路を説明する図。 本発明の半導体装置の作製する工程を説明する図。 本発明の半導体装置が配線基板上に搭載された上面及び断面を説明する図。 本発明の半導体装置を作製する工程を説明する図。 本発明の半導体装置を作製する工程を説明する図。 本発明の半導体装置を作製する工程を説明する図。 本発明の半導体装置の斜視及び断面を説明する図。 本発明の半導体装置の断面を説明する図。 本発明の半導体装置の断面を説明する図。

Claims (12)

1. プラスチック、ガラス、又は有機樹脂でなる基板上に形成される半導体素子、前記半導体素子を覆う絶縁膜、及び前記半導体素子と電気的に接続される導電膜を有し、
   前記基板および前記絶縁膜の側面は凹部を有し、
   前記導電膜は、前記凹部に形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. プラスチック、ガラス、又は有機樹脂でなる基板上に形成される半導体素子、前記半導体素子と電気的に接続する電極端子、前記半導体素子及び前記電極端子を覆う絶縁膜、及び前記電極端子と電気的に接続する接続端子を有し、
   前記基板および前記絶縁膜の側面は凹部を有し、
   前記接続端子は、前記凹部に形成されていることを特徴とする半導体装置。
3. プラスチック、ガラス、又は有機樹脂でなる基板上に形成される半導体素子、前記半導体素子を覆う絶縁膜、及び前記半導体素子と電気的に接続される導電膜を有し、
   前記基板および前記絶縁膜の側面は凹部を有し、
   前記導電膜は、前記側面に隣接する面に接し、かつ、前記凹部に形成されていることを特徴とする半導体装置。
4. プラスチック、ガラス、又は有機樹脂でなる基板上に形成される半導体素子、前記半導体素子と電気的に接続される電極端子、前記半導体素子及び前記電極端子を覆う絶縁膜、及び前記絶縁膜を介して前記電極端子と電気的に接続する接続端子を有し、
   前記基板および前記絶縁膜の側面は凹部を有し、
   前記接続端子は、前記側面に隣接する面に接し、かつ、前記凹部に形成されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記凹部を有する前記側面は傾斜を有することを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記凹部は曲面又は平面を有することを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、前記半導体素子は、半導体薄膜を有し、前記半導体薄膜は微結晶でなることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記導電膜又は前記接続端子は、ニッケル、銅、亜鉛、パラジウム、銀、スズ、白金、又は金から選ばれた一元素、又は該元素を含む合金で形成されていることを特徴とする半導体装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、前記半導体素子は、薄膜トランジスタ、又はダイオードを有することを特徴とする半導体装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、前記半導体装置は、光センサ、光電変換装置、太陽電池、又は薄膜トランジスタを用いて形成された集積回路であることを特徴とする半導体装置。
11. プラスチック、ガラス、又は有機樹脂でなる基板上に半導体素子を形成し、
    前記半導体素子を覆う絶縁膜を形成し、
    前記基板、及び前記絶縁膜に、前記半導体素子の両脇に側面が凹部となる開口部を形成し、
    前記開口部に前記半導体素子と電気的に接続される導電膜を形成し、
    前記基板を前記開口部が形成されている領域と前記半導体素子が形成されていない領域で切断することを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 請求項１１において、前記基板にレーザ光を照射して前記開口部を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。

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